Gyvybė Žemėje atsirado daugiau nei prieš 3,5 milijardo metų - sunku tiksliai nustatyti momentą, jei tik todėl, kad nėra lengva nubrėžti ribą tarp „beveik gyvo“ir „tikrai gyvo“. Tačiau galime tvirtai pasakyti, kad šis magiškas momentas tęsėsi daugelį ilgų milijonų metų. Vis dėlto tai buvo tikras stebuklas.
Norėdami įvertinti šį stebuklą kaip tikrąją jo vertę, turite susipažinti su daugybe šiuolaikinių teorijų, apibūdinančių skirtingas gyvenimo gimimo galimybes ir stadijas. Nuo greito, bet negyvo paprastų organinių junginių rinkinio iki protoorganizmų, kurie jau mirė ir pateko į nesibaigiantį biologinio kintamumo bėgimą. Galų gale, ar ne šios dvi sąvokos - pasimetimas ir mirtis - sukelia visą gyvenimo sumą?..
- „Salik.biz“
1. Panspermija
Hipotezę apie gyvybės atėjimą į Žemę iš kitų kosminių kūnų turi daugybė autoritetingų gynėjų. Šias pareigas laikėsi puikus vokiečių mokslininkas Hermannas Helmholtzas ir švedų chemikas Svante Arrhenius, Rusijos mąstytojas Vladimiras Vernadskis ir britų lordas fizikas Kelvinas. Tačiau mokslas yra faktų sritis, o atradus kosminę radiaciją ir naikinantį jos poveikį visiems gyviesiems dalykams, panspermija, regis, mirė.
Tačiau kuo giliau mokslininkai pasinėrė į problemą, tuo daugiau niuansų išryškėjo. Taigi dabar, įskaitant daugybės eksperimentų su kosminiais laivais atlikimą, daug rimčiau vertiname gyvųjų organizmų sugebėjimą toleruoti radiaciją ir šaltį, vandens trūkumą ir kitus buvimo kosmose „malonumus“. Visų rūšių organinių junginių radiniai asteroiduose ir kometose, tolimose dujų ir dulkių sankaupose bei protoplanetiniuose debesyse yra daugybė ir nekelia abejonių. Tačiau teiginiai apie juose aptiktus kažkokius įtartinai panašius mikrobus paliekami neįrodyti.
Nesunku pastebėti, kad viskuo žavėdamasi, panspermijos teorija tik perkelia gyvybės kilmės klausimą į kitą vietą ir kitą laiką. Kas atnešė į Žemę pirmuosius organizmus - ar tai atsitiktinis meteoritas, ar gudrus labai išsivysčiusių ateivių planas, jie turėjo gimti kažkur ir kažkaip. Neleiskime čia ir daug anksčiau, tačiau gyvenimas turėjo augti iš negyvos materijos. Klausimas "Kaip?" išlieka.
Reklaminis vaizdo įrašas:
1. Ne mokslinis: spontaniškas generavimas
Spontaniškai labai išsivysčiusių gyvųjų medžiagų iš negyvųjų medžiagų kilmė - kaip musių lervų atsiradimas puvinio mėsoje - gali būti siejama su Aristoteliu, kuris apibendrino daugelio pirmtakų mintis ir suformavo holistinę spontaniškos generavimo doktriną. Kaip ir kiti Aristotelio filosofijos elementai, spontaniška karta buvo dominuojanti doktrina viduramžių Europoje ir turėjo tam tikrą palaikymą, kol vyko Louis Pasteur eksperimentai, kurie įtikinamai parodė, kad net musių lervoms reikia tėvų musių. Nepainiokite spontaniškos kartos su šiuolaikinėmis gyvenimo abiogeninės kilmės teorijomis: skirtumas tarp jų yra esminis.
2. Pirminis sultinys
Ši koncepcija yra glaudžiai susijusi su klasikiniais eksperimentais, kuriems pavyko įgyti 1950-ųjų Stanley Millerio ir Haroldo Urey statusą. Laboratorijoje mokslininkai modeliavo sąlygas, kurios gali egzistuoti šalia jaunos Žemės paviršiaus - metano, anglies monoksido ir molekulinio vandenilio mišinį, daugybę elektros iškrovų, ultravioletinę šviesą - ir netrukus daugiau nei 10% anglies iš metano buvo paverstos įvairių organinių molekulių pavidalu. Millerio-Urey eksperimentuose buvo gauta daugiau nei 20 aminorūgščių, cukrų, lipidų ir nukleorūgščių pirmtakų.
Šiuolaikiniuose šių klasikinių eksperimentų variantuose naudojamos daug sudėtingesnės sąrankos, kurios geriau atitiktų ankstyvosios Žemės sąlygas. Jie modeliuoja ugnikalnių poveikį išskirdami vandenilio sulfidą ir sieros dioksidą, azotą ir tt Taigi mokslininkams pavyksta gauti didžiulį ir įvairų organinių medžiagų kiekį - potencialų potencialaus gyvenimo elementą. Pagrindinė šių eksperimentų problema išlieka racematu: optiškai aktyvių molekulių izomerai (pavyzdžiui, aminorūgštys) susidaro mišinyje lygiais kiekiais, o visas mums žinomas gyvenimas (su keliomis ir keistomis išimtimis) apima tik L-izomerus.
Tačiau prie šios problemos grįšime vėliau. Čia taip pat reikėtų pridurti, kad neseniai - 2015 m. - Kembridžo profesorius Johnas Sutherlandas su komanda parodė galimybę suformuoti visas pagrindines „gyvybės molekules“, DNR, RNR ir baltymų komponentus iš labai paprasto pradinių komponentų rinkinio. Pagrindiniai šio mišinio veikėjai yra vandenilio cianidas ir vandenilio sulfidas, kurie kosmose nėra tokie reti. Į juos belieka pridėti mineralų ir metalų, kurių Žemėje yra pakankamai, pavyzdžiui, fosfatų, vario ir geležies druskų. Mokslininkai sukūrė išsamią reakcijos schemą, pagal kurią būtų galima sukurti sodrią „pirmapradę sriubą“, kad joje atsirastų polimerų ir būtų pradėta visavertė cheminė evoliucija.
Miolerio ir Urey eksperimentais patikrinta abiogeninės gyvybės kilmės iš „organinio sultinio“hipotezė, kurią 1924 m. Iškėlė sovietinis biochemikas Aleksandras Oparinas. Ir nors „tamsiaisiais“lysenkoizmo kupinų metų laikais mokslininkas perėmė mokslinės genetikos priešininkų pusę, jo nuopelnai yra dideli. Pripažįstant akademiko vaidmenį, jo vardas yra pagrindinis Tarptautinės gyvybės kilmės mokslinės draugijos (ISSOL) įteiktas apdovanojimas - Oparino medalis. Prizas skiriamas kas šešerius metus, o įvairiu metu buvo įteiktas tiek Stanley Milleriui, tiek dideliam chromosomų tyrinėtojui, Nobelio premijos laureatei Jackui Shostakui. Pripažindama didžiulį Haroldo Urey indėlį, ISSOL apdovanoja Urey medalį tarp Oparino medalio (taip pat kas šešerius metus). Rezultatas yra unikalus, tikras evoliucijos apdovanojimas - su keičiamu pavadinimu.
3. Cheminė raida
Teorija bando apibūdinti palyginti paprastų organinių medžiagų virsmą gana sudėtingomis cheminėmis sistemomis, paties gyvenimo pirmtakais, veikiant išoriniams veiksniams, atrankos ir savęs organizavimo mechanizmais. Pagrindinė šio požiūrio koncepcija yra „vandens-anglies šovinizmas“, atspindintis šiuos du komponentus (vandenį ir anglį - NS) kaip būtinus ir būtinus gyvybės atsiradimui ir vystymuisi žemėje ar kažkur anapus. Ir pagrindinė problema tebėra sąlygos, kuriomis „vandens-anglies šovinizmas“gali išsivystyti į labai sudėtingus cheminius kompleksus, kurie, visų pirma, gali savarankiškai daugintis.
Remiantis viena iš hipotezių, pirminis molekulių organizavimas galėjo įvykti molio mineralų mikroporose, kurios atliko struktūrinį vaidmenį. Škotijos chemikas Aleksandras Grahamas Cairnsas-Smithas prieš keletą metų iškėlė šią idėją. Sudėtingos biomolekulės gali nusėsti ir polimerizuotis ant savo vidinio paviršiaus, kaip ant matricos: Izraelio mokslininkai įrodė, kad tokios sąlygos leidžia užauginti pakankamai ilgas baltymų grandines. Čia galėtų kauptis reikalingas metalų druskų kiekis, kuris vaidina svarbų vaidmenį kaip cheminių reakcijų katalizatorius. Molio sienos galėtų veikti kaip ląstelių membranos, padalijusios „vidinę“erdvę, kurioje vyksta vis sudėtingesnės cheminės reakcijos, ir atskirdamos ją nuo išorinio chaoso.
Kristalinių mineralų paviršiai galėtų tarnauti kaip „matricos“polimerų molekulių augimui: jų kristalinės gardelės erdvinė struktūra geba parinkti tik vieno tipo optinius izomerus - pavyzdžiui, L-amino rūgštis - išspręsti problemą, apie kurią kalbėjome aukščiau. Pirminio „metabolizmo“energiją galėtų tiekti neorganinės reakcijos, tokios kaip mineralinio pirito (FeS2) redukavimas vandeniliu (į geležies sulfidą ir vandenilio sulfidą). Tokiu atveju sudėtingoms biomolekulėms atsirasti nereikia nei žaibo, nei ultravioletinių spindulių, kaip tai daroma Millerio-Urey eksperimentuose. Tai reiškia, kad galime atsikratyti žalingų jų veiksmų aspektų.
Jauna žemė nebuvo apsaugota nuo kenksmingų ir net mirtinų saulės radiacijos komponentų. Net šiuolaikiniai, evoliuciškai išbandyti organizmai negalėtų atsispirti šiam atšiauriam ultravioletiniam spinduliavimui - nepaisant to, kad pati Saulė buvo daug jaunesnė ir nedavė pakankamai šilumos planetai. Iš to kilo hipotezė, kad tuo metu, kai įvyko gyvybės kilmės stebuklas, visa Žemė galėjo būti padengta storu ledo sluoksniu - šimtais metrų; ir tai geriausia. Pasislėpęs po šiuo ledo sluoksniu, gyvūnas galėjo jaustis visiškai saugus nuo ultravioletinės spinduliuotės ir nuo dažno meteorizmo smūgio, kuris grasino sunaikinti jį pumpure. Palyginti vėsi aplinka taip pat galėtų stabilizuoti pirmųjų makromolekulių struktūrą.
4. Juodi rūkaliai
Iš tikrųjų ultravioletinė spinduliuotė jaunoje Žemėje, kurios atmosferoje dar nebuvo deguonies ir neturėjo tokio nuostabaus dalyko kaip ozono sluoksnis, bet kuriai naujai gyvybei turėjo būti mirtina. Iš to kilo prielaida, kad trapūs gyvųjų organizmų protėviai buvo priversti kažkur egzistuoti, slepdamiesi nuo nuolatinio visko sterilizavimo srauto ir visi spinduliai. Pavyzdžiui, giliai po vandeniu - žinoma, ten, kur yra pakankamai mineralų, maišymo, šilumos ir energijos cheminėms reakcijoms. Ir tokių vietų buvo rasta.
Dvidešimtojo amžiaus pabaigoje tapo aišku, kad vandenyno dugnas jokiu būdu negali būti viduramžių monstrų prieglobstis: sąlygos čia yra per atšiaurios, temperatūra žema, nėra radiacijos, o retos organinės medžiagos sugeba nusėsti tik nuo paviršiaus. Tiesą sakant, tai yra didžiulės pusiau dykumos - su kai kuriomis reikšmingomis išimtimis: čia pat, giliai po vandeniu, šalia geoterminių šaltinių ištakų, tiesiogine prasme gyvenimas yra įsibėgėjęs. Sulfidų prisotintas juodas vanduo yra karštas, aktyviai maišomas ir jame yra daug mineralų.
Juodųjų vandenynų rūkaliai yra labai turtingos ir savitos ekosistemos: jomis maitinančios bakterijos naudoja geležies ir sieros reakcijas, kurias jau aptarėme. Jie yra visiškai žydėjimo pagrindas, apimantis daugybę unikalių kirminų ir krevečių. Galbūt jie ir buvo gyvybės planetos kilmės pagrindas: bent jau teoriškai tokios sistemos neša viską, kas tam reikalinga.
2. Ne mokslinis: dvasios, dievai, protėviai
Bet kokius kosmologinius mitus apie pasaulio kilmę visada vainikuoja antropogoniniai - apie žmogaus kilmę. Ir šiose fantazijose galima tik pavydėti senovės autorių vaizduotės: klausiant, kas, kaip ir kodėl atsirado kosmose, kur ir kaip atsirado gyvenimas - ir žmonės, versijos skambėjo labai skirtingai ir beveik visada gražiai. Augalai, žuvys ir gyvūnai buvo sugaunami iš jūros dugno didžiuliu varnu, žmonės iš protėvio Pangos kūno išlupo, kaip iš molio ir pelenų suformuoti kirminai gimė iš dievų ir monstrų santuokų. Visa tai stebėtinai poetiškai, bet, be abejo, tai neturi nieko bendro su mokslu.
5. RNR pasaulis
Remiantis dialektinio materializmo principais, gyvenimas yra dviejų principų „vienybė ir kova“: kintanti ir paveldima informacija, viena vertus, ir biocheminės, struktūrinės funkcijos, kita vertus. Vienas iš jų neįmanomas be kito - ir klausimas, kur prasidėjo gyvenimas, turint informacijos ir nukleorūgščių ar funkcijų ir baltymų, išlieka vienas sunkiausių. Ir vienas iš žinomų šios paradoksalios problemos sprendimų yra „RNR pasaulio“hipotezė, pasirodžiusi septintojo dešimtmečio pabaigoje ir galutinai susiformavusi devintojo dešimtmečio pabaigoje.
RNR - makromolekulės, kaupiančios ir perduodamos informaciją nėra tokios efektyvios kaip DNR, o atlikdamos fermentines funkcijas - ne tokios įspūdingos kaip baltymai. Tačiau RNR molekulės yra pajėgios abi, ir iki šiol jos tarnauja kaip perdavimo grandis keičiantis informacija ląstelei ir katalizuoja daugybę joje vykstančių reakcijų. Baltymai nesugeba atkartoti neturėdami informacijos apie DNR, o DNR to nesugeba be baltymų „įgūdžių“. Kita vertus, RNR gali būti visiškai autonominė: ji sugeba katalizuoti savo „reprodukciją“- to ir pakanka pradžiai.
Tyrimai, pagrįsti RNR pasaulio hipoteze, parodė, kad šios makromolekulės yra pajėgios visavertei cheminei evoliucijai. Paimkite, pavyzdžiui, iliustracinį pavyzdį, kurį parodė Kalifornijos biofizikai, vadovaujami Lesley Orgel: jei etidžio bromidas pridedamas prie RNR, galinčio savaime daugintis, kuris yra šios sistemos nuodas, blokuojantis RNR sintezę, po truputį keičiantis makromolekulių kartoms mišinyje. Atsiranda RNR, atsparių net labai didelėms toksino koncentracijoms. Kažkas tokio, besivystančio, pirmosios RNR molekulės galėtų rasti būdą, kaip susintetinti pirmuosius įrankius-baltymus, o paskui - kartu su jais - „atrasti“sau dvigubą DNR spiralę, idealų paveldimos informacijos nešėją.
3. Ne mokslinis: nekeičiamumas
Ne daugiau moksliniais, nei pasakojimais apie pirmuosius protėvius, negalima pavadinti nuomonių, garsiai garsinančių Stacionarios valstybės teorijos pavadinimą. Anot jos šalininkų, niekuomet neatsirado jokio gyvenimo - lygiai taip pat kaip negimė Žemė ir neatsirado kosmosas: jie tiesiog buvo visada, visada ir liks. Visa tai nepateisinama labiau nei „Pangu“kirminai: norint rimtai atsižvelgti į tokią „teoriją“, teks pamiršti nesuskaičiuojamus paleontologijos, geologijos ir astronomijos atradimus. Ir iš tikrųjų atsisakyti viso grandiozinio modernaus mokslo pastato - bet tada turbūt verta atsisakyti visko, kas priklauso jo gyventojams, įskaitant kompiuterius ir neskausmingą dantų gydymą.
6. Protoelementai
Tačiau paprasto pakartojimo nepakanka „normaliam gyvenimui“: bet koks gyvenimas visų pirma yra erdvėje izoliuota aplinkos sritis, atskirianti medžiagų apykaitos procesus, palengvinanti vienų reakcijų eigą ir leidžianti pašalinti kitas. Kitaip tariant, gyvenimas yra ląstelė, kurią riboja pusiau pralaidi membrana, sudaryta iš lipidų. O „pirmuonys“turėjo pasirodyti jau ankstyviausiuose gyvavimo Žemėje etapais - pirmąją hipotezę apie jų kilmę išsakė mums gerai žinomas Aleksandras Oparinas. Jo nuomone, hidrofobinių lipidų lašai, primenantys vandenyje plūduriuojančius geltonus aliejaus lašelius, galėtų būti „protomembranos“.
Apskritai mokslininko idėjas priima šiuolaikinis mokslas, o ši tema buvo įtraukta ir Jacko Shostako, kuris už savo darbą gavo Oparino medalį. Kartu su Katarzyna Adamala jam pavyko sukurti savotišką „vienaląsčio ląstelės“modelį, kurio membranos analogą sudarė ne šiuolaikiniai lipidai, o dar paprastesnės organinės molekulės, riebalų rūgštys, kurios galėjo kauptis pirmųjų protoorganizmų kilmės vietose. Shostakas ir Adamala netgi sugebėjo „atgaivinti“savo struktūras, į terpę pridėdami magnio jonų (stimuliuodami RNR polimerazių darbą) ir citrinos rūgšties (stabilizuodami riebalinių membranų struktūrą).
Dėl to jie baigėsi visiškai paprasta, bet šiek tiek gyva sistema; Bet kokiu atveju tai buvo normalus baltymas, turintis membranomis apsaugotą aplinką RNR reprodukcijai. Nuo šio momento galite uždaryti paskutinį gyvenimo priešistorės skyrių ir pradėti pirmuosius jo istorijos skyrius. Tačiau tai yra visiškai kitokia tema, todėl kalbėsime tik apie vieną, tačiau nepaprastai svarbią sąvoką, susijusią su pirmaisiais gyvenimo evoliucijos žingsniais ir didžiulės organizmų įvairovės atsiradimu.
4. Ne mokslinis: amžinas sugrįžimas
„Korporatyvi“Indijos filosofijos reprezentacija Vakarų filosofijoje, susijusi su Immanuelio Kanto, Friedricho Nietzsche'o ir Mircea Eliade darbais. Poetiškas paveikslas, kuriame vaizduojamas amžinas kiekvienos gyvos sielos klajojimas per begalinį skaičių pasaulių ir jų gyventojų, jo virsmas nereikšmingu vabzdžiu, paskui - išaukštintu poetu ar net mums nežinoma būtybe, demonu ar dievu. Nepaisant reinkarnacijos idėjų stokos, Nietzsche tikrai artima šiai idėjai: amžinybė yra amžina, tai reiškia, kad bet koks jos įvykis gali - ir turėtų būti pakartotas dar kartą. Ir kiekvienas padaras be galo sukasi ant šios visuotinio sugrįžimo karuselės, kad sukasi tik galva, o pati pirminės kilmės problema kažkur dingsta nesuskaičiuojamų pakartojimų kaleidoskopu.
7. Endosimbiozė
Pažvelkite į save veidrodyje, pažvelkite į akis: padaras, su kuriuo žiūrite vienas į kitą, yra sudėtingas hibridas, atsiradęs per neatmenamą laiką. 19-ojo amžiaus pabaigoje vokiečių-anglų gamtininkas Andreasas Schimperis pastebėjo, kad chloroplastai, už augalų sintezę atsakingi augalų ląstelių organeliai, dauginasi atskirai nuo pačios ląstelės. Netrukus buvo iškelta hipotezė, kad chloroplastai yra simbiontai, fotosintetinių bakterijų ląstelės, kurias vieną kartą praryja šeimininkas - ir paliekamos čia gyventi amžinai.
Žinoma, mes neturime chloroplastų, kitaip galėtume maitintis saulės spinduliais, kaip rodo kai kurios pseudo-religinės sektos. Tačiau 1920-aisiais endosimbiozės hipotezė buvo išplėsta ir apėmė mitochondrijas - organoles, kurios sunaudoja deguonį ir tiekia energiją visoms mūsų ląstelėms. Iki šiol ši hipotezė įgijo visavertės, pakartotinai įrodytos teorijos statusą - pakanka pasakyti, kad mitochondrijos ir plastidai turi savo genomą, daugiau ar mažiau ląstelių dalijimosi mechanizmus ir savo baltymų sintezės sistemas.
Gamtoje taip pat buvo rasta kitų endosimbiontų, kurie neturi milijardų metų bendros evoliucijos, ir yra mažiau giliame ląstelės integracijos lygyje. Pavyzdžiui, kai kurios amebos neturi savo mitochondrijų, tačiau viduje yra bakterijų, kurios atlieka savo vaidmenį. Yra hipotezių apie kitų organelių endosimbiotinę kilmę - įskaitant žiogelius ir žieveles ir net ląstelės branduolį: kai kurių tyrinėtojų teigimu, visi mes eukariotai yra precedento neturinčio bakterijų ir archajos susiliejimo rezultatas. Šios versijos dar nerado griežto patvirtinimo, tačiau viena aišku: kai tik ji atsirado, gyvenimas pradėjo įsisavinti kaimynus - ir su jais bendrauti, pagimdant naują gyvenimą.
5. Ne mokslinis: kreacionizmas
Pati kreacionizmo samprata atsirado XIX amžiuje, kai šis žodis buvo pradėtas vadinti įvairių pasaulio ir gyvenimo išvaizdos variantų šalininkais, kuriuos pasiūlė Toros, Biblijos ir kitų šventųjų monoteistinių religijų knygų autoriai. Tačiau iš esmės kreacionistai nepasiūlė nieko naujo, palyginti su šiomis knygomis, ne kartą bandydami paneigti griežtas ir išsamias mokslo išvadas - ir iš tikrųjų vėl ir vėl prarasdami vieną vietą po kitos. Deja, šiuolaikinių pseudomokslininkų-kreacionistų idėjas suprasti yra daug lengviau: norint suprasti tikrojo mokslo teorijas, reikia įdėti daug pastangų.
Sergejus Vasiljevas